Способ определения диффузионной длины неосновных носителей заряда в гомо-р-п-переходе Советский патент 1992 года по МПК H01L21/66 

Уравнение (1) позволяет определить диффузионную длину только для одного типа носителей (электронов или дырок) и только в структурах с сильно различающейся проводимостью квазинейтральных областей, то есть р+ -п- или п+ -р-переходов.

Величины По, РО, оп , Op , |s определя ются экспериментально, a m - постоянная величина при данной температуре для каждого полупроводника.

Недостатком данной методики является ее неприменимость к подавляющему числу полупроводниковых структур с р-п-перехо- дом, у которых оь и Ор мало различаются. Выражением (1) нельзя в ряде случаев пользоваться даже для резко асимметричных переходов, поскольку для получения этих соотношений из формулы (1) должны выполняться; неравенства lsp Un или Up lsp,

т.е. фактически -р2- -г или наоборот,

Указанные критерии трудно установить, так как для этого требуется знание не только определяемых из опыта проводимостей п- и р-областей диода и концентраций основных носителей в них, но также значения Ln и Lp, которые как раз и необходимо найти.

Целью изобретения является обеспечение возможности одновременного определения диффузионной длины для электронов и дырок в гомо-p-n-пере ходе с любым соотношением проводимостей р- и п-областей перехода.

Пример. Применяют способ к гомо-р- п - переходам из фосфида галлия GaP, имеющего при 300 К ширину запрещенной зоны ,26эВ.

Проводимости а (удельное сопротивлениер--д} п - п р-областей р-п-перехода

определялись методом Ван-дер-Пау. Для этого на пластину фосфида галлия с гомо-р- n-переходом с обеих сторон наносились омические контакты, диаметр которых составлял 0,5 мм, что существенно меньше диаметра пластины (30-50 мм). Контакты размещались на пластине симметрично по ее краю, что позволило избежать использования поправочных функций Ван-дер-Пау и вторичного эффекта Холла. Толщину слоя d определяли визуально под микроскопом, она составляла для исследуемого образца 15 мкм для р-слоя и 350 мкм для п-слоя. Предварительно торец p-n-перехода обрабатывался в селективном травителе.

Для определения концентраций электронов и дырок измеряли э.д.с. Холла в отсутствие и при наличии магнитного поля. Рассчитывали коэффициент Холла Rx. Для

исследуемого образца при 300 К он оказался равным для п- и р-областей соответствен- но Rxn - 21 см3/Кл и см3/Кл Концентрации п0 и р0 можно найти из выражений

г

0

5

0

5

0

п0

Ро Здесь е

е Rxn

г е RXP

(2)

V19

1,6 х Кл, а г определяется механизмом рассеяния и принимается за 1. Вычисленные по формулам (2) концентрации электронов и дырок пои 300 К составляли: п0 «ЗЛО17см 3, а ро 2 1017 . Такие же значения концентраций получены и из измерения емкости контакта металл - GaP. Последние получены напылением никеля через маску диаметром 1 мм на обе стороны полупроводниковой пластины.

Для изготовления диодов пластина разрезалась на образцы размером 1x1 мм, на которых создавались с обеих сторон омические контакты описанным способом. Затем измерялась вольтамперная характеристика (ВАХ) прямосмещенного p-n-перехода на постоянном токе, вплоть до 40 мА. В области больших прямых смещений ток надбарьер- ный и описывается выражением

П I „ -f 1П Is i/ -г I 5

KT llils KT где I и V - измеряемые ток и напряжение, Т - температура;

R - последовательное сопротивление тела кристалла и омических контактов. 5 Из (3) следует, что зависимость I(V) в коорCVдинатах Должна изображаться

прямой, что хорошо подтверждается на опыте. Экстраполяция этой прямой к оси

0 ординат дает значение lnls (отсечка на оси ординат при I 0). Из наклона прямой можно определить последовательное сопротивление. Найденное значение nls -76, что составляет величину ls А/см2. Рас5 четные значения эффективных плотностей состояния в зонах и собственной концентрации при 300 К равны: Мс 1,17-1018

5

Nv- 1,8 Ю19 см 3 и п,2 2-10-1 . Рассчитанные по формулам

. к т оь nF , in PO/NV ч

П е Is По Ро U In По/Nc

, к т Op nF f , in n0/N с N

n elsn0p0 In po/Nv ) с использованием экспериментально измеренных величин значения диффузионных длин составляют: Ln 5,2-7,8 мкм; Lp 0,4- -0,56 мкм. Диффузионная длина неосновных носителей согласуется с величиной, определенной из спада наведенного тока.

Величины времени жизни неосновных носителей-, рассчитанные по формулам

.2,2

1пП0

KTOh

электронов и дырок в гомо-р-п-переходах с любым соотношением проводимостей р- и n-областей перехода, дополнительно определяют величину проводимости в другой части p-n-перехода, а диффузионные длины электронов и дырок определяют по формулам

Сущность изобретения; измеряют проводимость, концентрацию основных носителей и ток насыщения р п-перехода. Измерение проводят в р- и n-областях гомо- p-n-перехода. Диффузионные длины электронов и дырок определяют расчетным путем. Наиболее близким к изобретению является способ определения диффузионной длины неосновных носителей из плотности тока насыщения s гомо-р-п-перехода, который равен сумме электронного Un и дырочного Up токов Dn . DE Is lsn + lsp en(KT erio po ( 7n Ln 3L Lp Po Ln )... (1) где n0 и po - концентрация свободных электронов и дырок в п- и р-областях соответственно: m - собственная концентрация носителей; е - заряд электрона; К - постоянная Больцмана; Т - температура образца; Dn, Dp - коэффициенты диффузии элек тронов и дырок; Ln.Lp - диффузионные длины электронов и дырок; 0п . Op - проводимости п- и р-областей перехода. 5 Ё VJ 4b О b CO 01

r -e2L.J5Po

Тр К Т Ор

с использованием экспериментальных и расчетных значений, входящих в них параметров, составлят тп (3-14) с и гр (5-25)..

Формула изобретения Способ определения диффузионной длины неосновных носителей заряда в го- мо-р-п-переходе, включающий определение проводимости одной из частей гомо-р-п-пе- рехода, измерение тока насыщения, определение концентрации носителей в обеих частях p-n-перехода, определение искомой величины расчетным путем по формуле, о т- личающмйся тем, что, с целью обеспечения возможности одновременного определения диффузионной длины для

Ln К Т он п

е ls n0 РО

(1 - ln PQ/NV in n O/NC

L к т op п ,, in ПО/NC ч

Р е ls п0 РО In po/Nv где п0, ро - концентрации электронов и дырок п- и р-областей;

Oh , Op - проводимости п- и р-областей;

Nv, NC - эффективные плотности состояний в валентной зоне и зоне проводимости;

U-ток насыщения,

k - постоянная Больцмана;

Т - абсолютная температура;

щ - собственная концентрация носителей;

е - заряд электрона.